Mikrodomänen regulieren bakterielle Zelldifferenzierung

Anhand des Modellorganismus Bacillus subtilis wurde die Fähigkeit von Bakterien untersucht sich in verschiedene Subpopulationen eines spezialisierten Zelltyps zu differenzieren. Diese Subpopulationen koexistieren und kooperieren, und tragen so zu der Entwicklung von mikrobiellen Biofilmen bei. Die Koordination und das Zusammenspiel zwischen den einzelnen Zelltypen erfordert umfangreiche Kommunikation, welche von der Synthese und Rezeption selbst generierter chemischer Signale abhängig ist. Dieses Phänomenon von bakterieller Kommunikation ist unter dem Begriff "quorum sensing" bekannt. Die Differenzierung in spezifische Zelltypen innerhalb einer mikrobiellen Populationen hängt demnach stark von der Fähigkeit von Bakterien ab, Signalmoleküle zu erkennen. Vor Kurzem wurden bestimmte Bereiche in der Membran von Bakterien entdeckt, in denen Proteine angereichert sind, die dazu befähigt sind auf bestimmte Moleküle zu reagieren. Dadurch kommt es zur Auslösung Signaltransduktionskaskaden, die letztendlich für die Differenzierung notwendig sind. Diese Membran-Mikrodomänen ähneln in ihrer Funktion den so genannten "Lipid Rafts" von eukaryotischen Zellen. Die Integrität dieser Bereiche hat Einfluss auf Zell-Zell-Kommunikation, Zelldifferenzierung und Zellteilung in Bakterien. Wir verwenden eine Vielzahl von genetischen und biochemischen Ansätzen, um die molekularen Mechanismen von Lipid Rafts im Detail zu untersuchen. Im Speziellen wollen wir herausfinden, wie sie die Zelldifferenzierung in mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen. Wir werden untersuchen, wie Lipid Rafts an der Aktivierung von Signaltransduktionskaskaden beteiligt sind, welche Zelldifferenzierung regulieren und wie Bakterien aus der Isolation dieser Signalwege innnerhalb dieser Membran-Mikrodomänen profitieren. Wir werden die Rolle eines bestimmten Proteins, Flotillin-1, untersuchen, das ausschließlich innerhalb Lipid Rafts lokalisiert werden kann. In Eukaryoten beeinflusst Flotillin-1 zahlreiche Funktionen innerhalb dieser Rafts, deshalb denken wir, dass Flotillin-1 auch eine große Anzahl von Signalwegen in Bakterien regulieren könnte. Wir werden B. subtilis als Modellorganismus verwenden, um diese Details zu untersuchen. Danach werden wir versuchen unsere Ergebnisse in dem Pathogen Staphylococcus aureus zu reproduzieren. Anhand dieser Untersuchungen wollen wir die Organisation von Lipid Rafts zwischen den unterschiedlichen Bakterienarten genauer begutachten.